摘 要随着现在社会的快速发展，人们对电子产品的要求越来越高，因而电子产品无论从制作上还是从销售上都要求很高。要制作一个应用性比较好的电子产品就离不开高频电路，大到超级计算机、小到袖珍计算器，很多电子设备都有高频电路。在以前应用最广泛的是调频接收机，随着科学技术的发展，出现了超外差式调频接收机。在本次设计中，其目的是得到一个调频接收机机。在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大七个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。总的来说，设计一部接收机时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。1接收机设计接收机设计中频选择300MHz，输入频率为2176MHz，择相应的本振频率为1876MHz，通过下变频将信号分为I/O两路，混频器后是中频处理，采用切比雪夫5阶带通滤波器进行信道选择。1.1接收机部分电路搭建射频前端的搭建，使用ADS软件制作原理图，设置各项参数，完成射频前端的搭建。如下所示： 下变频部分电路的搭建，下图为下变频部分电路结构，采用混频器Mixer进行频率转换。由于要将接收信号分为同相和正交两路，所以本振信号也要分为两路，一路直接和接收信号混频，一路先经移相器移相90，再进入混频器混频，所以还要用到移相器和功率分离器。设置相关参数之后，下变频搭建如下： 接下来的中频电路部分分为两条支路，每条都由一份信道选择低通滤波器和中频放大器级联而成。下图既是中频放大电路的搭建结果： 至此，接收机电路中的各个组成部分就搭建完毕了。外差式接收机电路如下：单击工具栏按钮Simulate，进行仿真。得到Vout_i和Vout_ipnmx参数曲线如下所示：1.2本振输出功率对接收机性能的影响首先要列出接收机的中频输出功率的测量方程，因为输出的信号是靠混频生成的，因此需要用函数mix来定义方程，如下所示，式中的中的-1表示本振，1表示射频输入，结果即是中频输出。首先混频所需考虑的最大谐波阶数Order设为8，本振的谐波阶数设定为5，射频信号仍为3，因为，它的功率比本振输出要低得多。在Sweep栏中将本振功率定为变量，并将扫描范围设定为3010dB。在Params栏中，将Status设定为4级，这意味着仿真将得到更多的结果，包括噪声系数和增益，其它的参数像FFT中的Oversample和Convergence设置只有对大型电路进行仿真时才需要增加，这里使用默认值足够了。然后是Noise1和2栏，首先击活Nonlinear noise（在（1栏的底部），接着将噪声频率设置为中频300MHz，将输入频率设置为变量RF_freq，并把输入输出管脚分别设置为1和2，注意这要和电路图中输入和输出端的标号保持一致。，在2栏中，将the Node for noise parameter设置为Vout并将Include port noise in node noise voltages选项勾掉，因为混频器的噪声系数不需要用到端口噪声。另外在solver栏中选定UseKrylovsolver就完成了全部参数的设定，其它参数使用默认即可。本振输出功率影响电路图如下所示：最终的仿真结果，首先是中频输出随本振功率的变化，如图，输出功率电平开始随本振输出功率的增 加逐渐增大，当本振功率大于 0dBm之后，输出功率逐渐稳定在22dB左右。1.3整体增益岁本振功率的变化为了要得到整机增益随本振功率的变化曲线，因此要建立方程。可以直接运用仿真数据显示窗口中的方程编辑模块完成此操作。在ADS平台中单击工具栏按钮Eqn，编辑方程为：IF_gain=dbm_out+40画出IF_gain的仿真曲线，如下所示：结果与输出功率是相一致的，也是必须有足够的 本振功率输出才能使增益达到稳定的最大值。2发射机设计发射机的设计方案中将调制和上变频分开，先在较低的中频（10.7MHz）上调制，原理图中就以调制器的输出为发射机射频前端的输入，然后经中频放大器放大（增益为5dB），再将其上变频搬移到发生的载频（2176MHz）上。2.1发射机电路的搭建根据方案设想，功率源P1_Tone分别作为输入信号和本振信号。由于先调制的中频为10.7MHz，载频为2176MHz，因此本振信号频率为2186.7MHz。在ADS中的搭建的发射机原理图如下所示：2.2发射机的仿真仿真会在接收机总增益最大和最小两种情况下进行以得到较为全面的分析结果。当 VGA增益为最大值66dB时，信号源的功率电平为接收机的灵敏度108dBm（已考虑了天（线双工器的损耗），反之，当VGA的增益最小时，信号源应输入接收机所能接收的最大功率。这些参数的变化都要在VAR中反映出来。预算分析还有两项很重要的设置是预算路径设定和建立预算增益方程。这项内容可以在仿真的下拉菜单中找到，选择好输入端 RF_source和输出端Term2（因为I/O两支路的增益分配完全相同，故任意仿真其中的一条即可），点击Generate和Highlight就可设置好预算路径，同时系统将自动生成预算增益方程。进行仿真后我们将 Y轴设为BudGain，但图中并没有任何，曲线生成，而如果在Y轴的BudGain后键入0后，增益预算曲线就出现了，这是因为预算增益仿真必须明确指定频率，这里只有唯一的频率2176MHz，也就是频率数组中的，第1个，故0是必须的。我们将两次仿真的结果在一个图中表示出来，可以清楚地看到接收机在VGA增益最大和最小的情况下整机增益的分配情况。小结ADS仿真没有用到很具体的电路元件，而是使用一个个的行为级功能模块，直接按设计 要求对其参数进行设定，然后对整机方案的各种特性进行 仿真。对系统级设计而言，这确实是一种十分简捷易行的做法，它直接用行为级和功能级的角度去研究分析系统性能，这就相当于只需把已经封装好的模块拿来用，而不必去考虑其内部具体的电路构成是怎样的。尤其在具体方案实现前进行设计的可行性分析这样不必涉及具体电路实现 的情况下，就更显其独特的优越性和重要性。而且对于像ADS这样功能足够强大的仿真软件而言，可以对系统的各种特性进行全面的模拟，这确实是系统设计工程师所梦寐以求和不可或缺的。另一方面，系统级仿真的优点也恰恰是其局限之处，在不考虑系统各个模块内部实现的情况下，如何设置参数才能尽量完整、真实、客观的仿真出所需的结果就成为系 统级仿真所面临的一大挑战。因为与真实情况相去甚远的仿真结果是没有什么实际意义的，因此如何全面正确的使用仿真模块所提供的参数，甚至自己设计仿真参数，以及如何构建出一个尽量真实客观的仿真环境就显得尤为重要。作为一位系统设计者，不光要有系统级高屋建瓴的眼光和头脑，还必须拥有深厚的电路设计功底，要对各个电路模块的结构性能有足够深入的了解，才可能真正准确地把握系统的特征，进行正确有效的设计和仿真。